39

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Xicor wyprodukował pierwsze potencjo−

metry EEPOT w roku 1987 w technologii
NMOS. Choć te pierwsze wyroby charaktery−
zowały się dużym poborem energii, znalazły
szereg zastosowań i przyjęły się na rynku.
W roku 1992 wprowadzono drugą generację
potencjometrów elektronicznych, wykona−
nych w technologii CMOS, co było niewątpli−
wym przełomem ze względu na zmniejszenie
poboru prądu. W roku 1995 pojawiły się ukła−
dy o niskim napięciu zasilania (3V). Dalszym
krokiem było pojawienie się układów trzeciej
generacji, charakteryzujących się mniejszymi
szumami i jeszcze mniejszym poborem mocy.

Potencjometry firmy Xicor oznaczane są

przez producenta skrótem XDCP − Xicor Di−
gitally Controlled Potentiometer. Od daw−
na docenianą zaletą układów firmy Xicor jest
obecność nieulotnej pamięci EEPROM, dzię−
ki której nastawy
potencjometrów
są zachowywane
po

wyłączeniu

i włączeniu zasi−
lania. Dlatego po−
tencjometry

te

oznaczane są także EEPOT lub E

2

POT.

Potencjometr cyfrowy jest w rzeczywisto−

ści zespołem wielu (np. 100) rezystorów
i przełączników CMOS. Logiczne układy ste−
rujące włączają odpowiednie klucze odpowie−
dnio do zawartości licznika. Rysunek 1 poka−
zuje ogólną zasadę budowy układów scalo−
nych tego typu. W praktyce w strukturze za−
warte jest od 16 do 256 przełączników, a rezy−
storów zawsze o jeden mniej. Jeśli wszystkie
rezystory składowe są jednakowe, uzyskuje się
potencjometr o charakterystyce liniowej. Do
regulacji głośności w urządzeniach audio nie−

porównanie lepiej nadają się układy, w których
rezystory mają różne wartości, a wypadkowa
charakterystyka regulacji ma charakter loga−
rytmiczny (ściślej wykładniczy).

W ofercie firmy Xicor można znaleźć po−

tencjometry elektroniczne o kilku różnych
sposobach sterowania.

Najprostsze do zastosowania są potencjo−

metry PushPot w ośmionóżkowych obudo−
wach

DIL

i SO−8. Rysu−
nek 2 pokazu−
je

przykład

wykorzystania
potencjometru
typu PushPot
z

ręcznym

(2a) i automa−
tycznym (2b)
zapisem

do

wewnętrznej
pamięci EE−
PROM. Przy−
ciski

Góra,

Dół pozwalają
„przesuwać”
suwak poten−
c j o m e t r u
w obydwie strony. Do−
datkowa

końcówka

ASE\ (auto store enable)
pozwala zapisywać stan
suwaka do nieulotnej
pamięci EEPROM. Gdy
jest stale w stanie ni−
skim,

automatyczny

cykl zapisu dokonywany
jest przy każdym wyłą−
czaniu(!) napięcia zasila−

jącego. Gdy końcówka ASE\ jest w stanie wy−
sokim, funkcja automatycznego zapisu EE−
PROM−u jest zablokowana. Stan suwaka
można zapisać do pamięci ręcznie, zwierając
tę końcówkę do masy za pomocą przycisku −
rysunek 2a. Ponieważ w trybie automatycz−
nym zapis odbywa się podczas wyłączania za−
silania, potrzebny jest dodatkowy kondensator
i dioda (czas spadku napięcia od 4V do
3,5V nie może być krótszy niż 2ms).

Wielu Czytelnikom Elektroniki dla Wszyst−

kich najbardziej spodobają się właśnie poten−
cjometry PushPot. Niestety, obecnie w ofercie
firmy występuje tylko jeden układ tego typu,
mianowicie X9511, a wcześniej produkowany
X9514 zniknął z oferty, dlatego należy dokła−
dnie poznać właściwości układów z interfej−
sem 3−wire, bo właśnie one są najczęściej sto−
sowane w prostszych konstrukcjach. Układom
tego typu poświęcono dalszą część artykułu.

Oddzielną grupę tworzą kostki z interfej−

sami SPI (serial peripherial interface) oraz
2−wire (który może współpracować z popu−
larną szyną I

2

C). Przeznaczone są one do ste−

rowania przez mikroprocesor lub komputer.

Oprócz typowych potencjometrów Xicor

produkuje układy zawierające potencjometry

C

C

C

C

yy

yy

ff

ff

rr

rr

o

o

o

o

w

w

w

w

e

e

e

e

p

p

p

p

o

o

o

o

tt

tt

e

e

e

e

n

n

n

n

c

c

c

c

jj

jj

o

o

o

o

m

m

m

m

e

e

e

e

tt

tt

rr

rr

yy

yy

ff

ff

ii

ii

rr

rr

m

m

m

m

yy

yy

X

X

X

X

ii

ii

c

c

c

c

o

o

o

o

rr

rr

C

Cy

yffrro

ow

we

e p

po

otte

en

nc

cjjo

om

me

ettrry

y e

elle

ek

kttrro

on

niic

czzn

ne

e

p

prro

od

du

uk

ko

ow

wa

an

ne

e s

są

ą o

ob

be

ec

cn

niie

e p

prrzze

ezz w

wiie

ellu

u

w

wy

yttw

wó

órrc

có

ów

w.. N

Na

ajjb

ba

arrd

dzziie

ejj zzn

na

an

ne

e s

są

ą w

wy

y−

rro

ob

by

y ffiirrm

m D

Da

alllla

as

s ii X

Xiic

co

orr.. O

Os

so

ob

by

y,, k

kttó

órre

e

p

po

o rra

azz p

piie

errw

ws

szzy

y m

ma

ajją

ą d

do

o c

czzy

yn

niie

en

niia

a

zz o

offe

errttą

ą p

po

otte

en

nc

cjjo

om

me

ettrró

ów

w c

cy

yffrro

ow

wy

yc

ch

h

ffiirrm

my

y X

Xiic

co

orr m

mo

og

gą

ą b

by

yć

ć p

prrzze

es

sttrra

as

szzo

on

ne

e

zza

arró

ów

wn

no

o m

mn

no

og

go

oś

śc

ciią

ą tty

yp

pó

ów

w,, jja

ak

k ii w

wy

y−

s

sttę

ęp

po

ow

wa

an

niie

em

m u

uk

kłła

ad

dó

ów

w,, k

kttó

órry

yc

ch

h ffu

un

nk

k−

c

cjje

e ii p

pa

arra

am

me

ettrry

y w

wy

yd

da

ajją

ą s

siię

ę jje

ed

dn

na

ak

ko

ow

we

e..

N

Niie

e ttrrzze

eb

ba

a s

siię

ę jje

ed

dn

na

ak

k n

niic

czze

eg

go

o b

ba

ać

ć − w

wy

y−

s

sttę

ęp

pu

ujją

ąc

ca

a rró

óżżn

no

orro

od

dn

no

oś

ść

ć o

orra

azz w

wy

yc

co

offy

y−

w

wa

an

niie

e jje

ed

dn

ny

yc

ch

h,, a

a w

wp

prro

ow

wa

ad

dzza

an

niie

e iin

n−

n

ny

yc

ch

h tty

yp

pó

ów

w zzw

wiią

ązza

an

ne

e s

są

ą zz c

ciią

ąg

głły

ym

m p

po

o−

s

sttę

ęp

pe

em

m..

Najsłynniejsze

Najsłynniejsze

aplikacje

aplikacje

Rys. 1 Zasada budowy

potencjometru cy−

frowego

Rys. 2 Wykorzystanie potencjometru typu PushPot

Część 1

i

komparatory

bądź wzmacnia−
cze operacyjne −
zobacz rysunek 3.

Układy z inter−

fejsami I

2

C (2−wi−

re) oraz SPI prak−
tycznie nie nadają
się do sterowania
„na

piechotę”

i będą wykorzy−
stywane

przez

osoby potrafiące
programować mi−
krokontrolery. Po−
nieważ takie oso−
by zazwyczaj ma−
ją komputery i do−
stęp do Internetu,
mogą bez kłopotu
ściągnąć wszyst−
kie niezbędne in−
formacje z sieci.
Dlatego układy
takie nie są szcze−
gółowo omawia−
ne w niniejszym
artykule. (Oprócz
kart

katalogo−

wych warto ścią−
gnąć notę aplika−
cyjną

AN−88

i

program

XK9241.EXE)

Skrócony wy−

kaz potencjome−
trów XDCP oraz
pokrewnych ukła−
dów z komparato−
rami i wzmacnia−
czami operacyj−
nymi, dostępnych
na początku roku
2000, zawarty jest
w tabeli 1.

Dla bardziej

zaawansowanych
i

dociekliwych

przeznaczona jest
tabela 2 i rysu−
nek

Rodzina

XDCP, które po−
mogą przeanali−
zować całą ofertę.
Oznaczenie dual
supply wskazuje,
że układ jest zasi−
lany

napięciem

p o d w ó j n y m .
Część

cyfrowa

jest zasilana na−
pięciem Vcc (ty−
powo +5V), część
analogowa napię−
ciami V− i V+.

Pozostałe kostki są zasilane pojedynczym

napięciem (single supply), zwykle 5V.

Rubryka VH/VL pokazuje, jaki zakres na−

pięć dozwolony jest dla wszystkich końcówek
potencjometru (wyprowadzeń oznaczonych
VH/RH, VW/RW, VL/RL). Niektóre układy

mają wewnętrzną przetwornicę i w rezultacie
dopuszczalny zakres napięć VH/VL na końców−
kach potencjometru jest większy niż napięcie za−
silania. W innych ograniczony jest do napięcia
zasilania (części analogowej, czyli V−...V+).

Liczba 2,7 lub 3 w kolumnie opcja wska−

zuje, że dostępne są wersje niskonapięciowe
(2,7V; 3V), o oznaczeniu np. X9317−2.7.

Oprócz poboru prądu w trybie aktywnym

(Icc), podano także prąd pobierany w trybie
uśpienia StandBy (ISB). W trybie tym nasta−
wy potencjometru zostają zachowane, a część
cyfrowa (sterująca) prawie nie pobiera prądu.

Dalszych szczegółów należy szukać

w kartach katalogowych i notach aplikacyj−
nych, dostępnych pod adresem

www.xicor.com.

Koniec części 1.

Piotr Górecki

40

Najsłynniejsze aplikacje

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Rys. 3 Układ typu Smart Analog

Tab. 2

Tab. 1

Digitally Controlled Potentiometers XDCPs
Uwaga! Typy zaznaczone kursywą nie są zalecane do nowych opracowań

Typ

Opis

Opcja

Vcc

(V)

Icc

(mA)

ISB
(µA)

VH/VL

V+

V−

Quad 256 Tap

X9250U X9250T

SPI,
dual supply

 

4,5−5,5

0,4

1

−5,5V to

+5,5V

+2,7V to +5,5

V

−2,7V to

−5,5V

−2,7

2,7−5,5

0,4

1

X9258U X9258T

I2C,
dual supply

 

4,5−5,5

0,4

1

−5,5V to

+5,5V

+2,7V to +5,5

V

−2,7V to

−5,5V

−2,7

2,7−5,5

0,4

1

Quad 64 Tap

X9241Y X9241W X9241U X9241M

I2C

4,5−5,5

3

500

−5,5V to

+5,5V

na

na

X9241W

−2,7

2,7−5,5

0,4

1

0 to 5,5V

X9400Y X9400W

SPI, dual sup
ply

4,5−5,5

0,4

1

−5,5V to

+5,5V

+2,7V to +5,5

V

−2,7V to

−5,5V

X9400W

−2,7

2,7−5,5

X9401W

SPI

 

4,5−5,5

0,4

1

0V to

+5,5V

na

na

X9401W

−2,7

2,7−5,5

0,4

1

X9408Y X9408W

I2C,
dual supply

−2,7

4,5−5,5 2,7−

5,5

0,4

1

−5,5V to +

5,5V

+2,7V to +5,5

V

−2,7V

to −5,5V

X9408W

−8.25

X9409W

I2C

 

4,5−5,5

0,4

1

0V to
+5,5V

na

na

X9409W

−2,7

2,7−5,5

0,4

1

Dual 64 Tap

X9221Y X9221W X9221U

I2C

 

4,5−5,5

3

500

−5,5V to

+5,5V

na

na

X9410Y X9410W

SPI,
dual supply

 

4,5−5,5

0,4

1

−5,5V to

+5,5V

+2,7V to +5,5

V

−2,7V

to −5,5V

−2,7

2,7−5,5

0,4

1

X9418Y X9418W

I2C,
dual supply

 

4,5−5,5

0,4

1

−5,5V to

+5,5V

+2,7V to +5,5

V

−2,7V

to −5,5V

−2,7

2,7−5,5

0,4

1

Single 100 Tap 3−wire
X9C102

1K

 

4,5−5,5

3

500

−5,5V to +5,5V

na

na

X9C103

10K

 

4,5−5,5

3

500

−5,5V to +5,5V

na

na

X9C104

100K

 

4,5−5,5

3

500

−5,5V to +5,5V

na

na

X9C303

32K

 

4,5−5,5

3

500

−5,5V to +5,5V

na

na

X9C503

50K

 

4,5−5,5

3

500

−5,5V to +5,5V

na

na

X9312W X9312U X9312T

1K 0−15V

 

4,5 − 5,5

3

1000

0 to +15V

na

na

X9317W X9317U

 

4,5−5,5

0,4

1

0V to +5,5V

na

na

X9317Z

−2,7

2,7−5,5

Single 64 Tap

X9420Y X9420W

SPI,
dual supply

 

4,5−5,5

0,4

1

0V to +5,5V

na

na

−2,7

2,7−5,5

X9421W

SPI

 

4,5−5,5

0,4

1

0V to +5,5V

na

na

−2,7

2,7−5,5

X9428Y X9428W

I2C,
dual supply

 

4,5−5,5

0,4

1

−5,5V to +5,5V

+2,7V to

+5,5V

−2,7V to

−5,5V

−2,7

2,7−5,5

X9429W

I2C

 

4,5−5,5

0,4

1

0V to +5,5V

na

na

−2,7

2,7−5,5

Single 32 Tap 3−wire
X9313Z X9313W X9313U X9313T

 

4,5−5,5

3

500

−5V to +5V

na

na

−3

3.0−5,5

3

500

X9315W X9315U X9315T X9015U

 

4,5−5,5

0,4

1

0V to +5,5V

na

na

Single 16 Tap 3−wire
X9116W

 

4,5−5,5

0,4

1

0V to +5,5V

na

na

−2,7

2,7−5,5

32 Tap Pushpots
X9511W X9511Z

 

4,5−5,5

3

500

−5V to +5V

na

na

Digitally
Controlled
Potentiometers
(XDCP)

Quad 256 Tap

X9250 U, T SPI

X9258 U, T I

2

C

Quad 64 Tap

X9241 Y, W ,U, M

SPI

X9400Y,W SPI

X9401 W SPI

X9408Y,W I

2

C

X9409 W I

2

C

Dual 64 Tap

X9221 Y, W, U SPI

X9410 Y, W SPI

X9418 Y, W I

2

C

Single 100 Tap

X9C102 3wire

X9C103 3wire

X9C104 3wire

X9C303 3wire

X9C503 3wire

X9312 Z,W,T 3wire

X9317 W,U 3wire

Single 64 Tap

X9420Y,W* SPI

X9421 W* SPI

X9428Y,W I

2

C

X9429 W* I

2

C

Single 32 Tap

X9313 Z,W,U,T 3wire

X9315 W,N 3wire

X9015 U 3wire

Single 16 Tap

X9116 W 3wire

32 Tap

PushPOTs

X9511 Z,W PushPot

Smart Analog

Op Amps

X9430 SPI

X9438 I

2

C

Comparators

X9440 Y, W SPI

X9448 Y, W I

2

C

* w opracowaniu

Wartości rezystancji

(

Ω

Ω

):

Z=1k, Y=2k, W=10k,

U=50k, T=100k,

M=2k, 10k, 50k

N=500k

Interfejs 3−wire

Uproszczony schemat blokowy scalonego

potencjometru cyfrowego z interfejsem 3−wire
pokazany jest na rysunku 4. Rysunek 5 po−
kazuje rozkład wyprowadzeń wersji DIL oraz
standardowej SMD typu SO−8 (uwaga − je−
szcze mniejsze wersje SMD w obudowach
TSSOP i MSOP mają odmienny układ wy−
prowadzeń). Końcówki VH, VL, VW odpo−
wiadają wyprowadzeniom zwykłego poten−
cjometru. Oznaczenia H (high − górny) oraz
L (low − dolny) są umowne i dotyczą sposo−
bu sterowania; nie są natomiast związane
z biegunowością napięć na tych końcówkach
(co oznacza, że końcówka VL może mieć po−
tencjał wyższy niż VH).

Dostępne obecnie potencjometry XDCP

z interfejsem 3−wire są zamykane w jednako−
wych 8−nóżkowych obudowach, mają iden−
tyczny układ wyprowadzeń i są zasilane po−
jedynczym napięciem dodatnim względem
masy, czyli końcówki 4. Jednak dzięki zasto−
sowaniu wewnętrznego podwajacza napięcia
przy takim pojedynczym zasilaniu dopu−
szczalny zakres napięć na końcówkach VH,
VL, VW jest znacznie szerszy − zazwyczaj
±5V. Szczegóły zawarte są w tabeli 2.

Zasada pracy interfejsu 3−wire jest bardzo

prosta. Wejście INC (increment) jest wej−
ściem sygnału taktującego, zmieniającego po−
łożenie suwaka. Każde opadające zbocze na
tym wejściu powoduje przesunięcie suwaka
„o jedną pozycję“. Kierunek przesuwania jest
wyznaczony przez stan logiczny na wejściu
U/D (up/down). Jak wskazuje oznaczenie,
stan wysoki na wejściu U/D powoduje prze−
suwanie w górę, czyli w stronę końcówki VH,
stan niski − w dół, w kierunku VL. Podobnie
jak w zwykłym potencjometrze obrotowym,
po osiągnięciu jednej ze skrajnych pozycji,
suwak pozostaje w niej (a nie przeskakuje na
przeciwległą skrajną), co jest istotną zaletą.

Końcówka \CS (Chip Select) jest wej−

ściem zezwalającym. Stan niski umożliwia
pracę, to znaczy pozwala zmieniać stan po−
tencjometru. W obecności napięcia zasilają−
cego, gdy wejście \CS ma stan wysoki, układ
scalony jest w stanie spoczynku, w którym
pobór prądu jest radykalnie zmniejszony,
przy czym sam potencjometr może normal−
nie pracować, a suwak pozostaje w ostatnio
osiągniętym położeniu. Oznacza to, że układ
może być „budzony” tylko na czas regulacji,

a potem w czasie pracy stale pozostawać
w spoczynku.

Co bardzo ważne, rosnące zbocze na wej−

ściu \CS, podczas gdy na wejściu INC jest
stan wysoki, powoduje zapisanie „położenia
suwaka” do wewnętrznej, nieulotnej pamięci
EEPROM przed przejściem w stan spoczyn−
kowy. Rosnące zbocze na \CS i obecność sta−
nu niskiego na INC powoduje przejście do
stanu spoczynku bez zapisania ostatniego po−
łożenia suwaka − w pamięci pozostanie jakieś
zapisane tam wcześniej położenie suwaka.

Takie właściwości umożliwiają wybór

funkcji potrzebnej w danym zastosowaniu:
albo po włączeniu napięcia zasilającego
układ suwak zawsze znajduje się w tej samej
pozycji, albo przywracana jest ostatnia pozy−
cja sprzed wyłączenia napięcia.

Właściwości wejść sterujących zebrane są

w tabeli 3. Choć podane właśnie zasady ste−
rowania mogą się wydać dość trudne,
w praktyce można wykorzystać prosty układ
do ręcznego sterowania, pokazany na rysun−
ku 6. Dodanie jednej popularnej kostki
CMOS 4093 i kilku elementów dyskretnych
pozwala sterować pracą układu za pomocą
dwóch przycisków (GÓRA, DÓŁ).

W stanie spoczynku, gdy żaden z przyci−

sków nie jest wciśnięty, na wejściach bramki
A występują stany wysokie, a na jej wyjściu
stan niski. Generator z bramką C nie pracuje.
Na wyjściu bramki B panuje stan wysoki.

Naciśnięcie któregokolwiek z przycisków

powoduje pojawienie się stanu wysokiego na
wyjściu bramki A. W pierwszej kolejności
przez diodę D1 szybko naładuje się C1,
bramka B zmieni stan i stan niski na wejściu
\CS (n.7) zezwoli na pracę kostki U1. Po
chwili wyznaczonej przez R4C2 zostanie
uruchomiony generator na bramce C. Już
pierwsze, krótkie naciśnięcie któregokolwiek
przycisku spowoduje pojawienie się ujemne−
go zbocza na wejściu INC (n. 1 U1) i skok
suwaka o jedną pozycję. Gdy przycisk będzie
naciskany długo, pracujący generator C bę−
dzie przesuwał suwak, aż ten dojdzie do jed−
nej z pozycji skrajnych i tam się „zatrzyma”.

Po zwolnieniu przycisku, na wyjściu bram−

ki A pojawi się stan niski. Kondensator C2
szybko rozładuje się przez diodę i unieruchomi
generator C, wymuszając na jego wyjściu
i nóżce1 U1 stan wysoki. Po krótkim czasie
opóźnienia, wyznaczonym przez R3C1, wyj−
ście bramki powróci do stanu wysokiego. Jak

podano wcześniej, rosnące zbocze na \CS
w chwili, gdy wejście INC jest w stanie
H powoduje zapamiętanie położenia suwaka
w wewnętrznej, nieulotnej pamięci EE−
PROM. Oznacza to, że zapis do pamięci wy−
konywany jest po każdym naciśnięciu i zwol−
nieniu przycisku sterującego.

Szybkość przesuwu suwaka przy ciągłym

naciskaniu można dobrać dowolnie, zmienia−
jąc wartość R5 w zakresie 10k...2,2M

Ω

.

Układ z rysunku 6 jest zalecany przez pro−

ducenta i nie powinien sprawić żadnych nie−
spodzianek. Oczywiście kostki z interfejsem 3−
wire mogą też być sterowane przez mikropro−
cesor. Wtedy linie INC oraz U/D będą wspól−
ne dla wielu kostek, natomiast końcówki \CS
umożliwią wybranie konkretnego układu. Przy
takim zastosowaniu, aby uniknąć niespodzia−
nek, trzeba sprawdzić w karcie katalogowej
wymagania czasowe dotyczące przebiegów
sterujących. Warto również zajrzeć do noty
aplikacyjnej AN−92, gdzie omówiono niebez−
pieczeństwo zmiany stanu potencjometru tuż
po włączeniu zasilania, gdy wejście \CS nie
jest w tym czasie w stanie wysokim (nie jest
podciągnięte rezystorem do plusa zasilania).

Wersje

Liczba dostępnych wersji podobnych

kostek z interfejsem 3−wire może przypra−
wić niejednego Czytelnika o ból głowy.
Jednak po krótkiej analizie można bez tru−
du zrozumieć różnice. Przede wszystkim
należy pamiętać, że wszystkie dostępne
obecnie układy z tym interfejsem mają
identyczny rozkład wyprowadzeń. Różnią
się tylko ilością kroków regulacji (czyli
liczbą rezystorów), dopuszczalnymi zakre−

sami napięć zasilania i napięć na końców−
kach potencjometru oraz charakterystyką
regulacji (liniowa / logarytmiczna). Starsze
wersje wycofane z oferty, obecne jeszcze
na rynku, miały gorsze niektóre parametry,
na przykład pobierały więcej prądu lub
miały mniejszą liczbę rezystorów.

Na przykład układ X9314 nie jest już pro−

dukowany, bo został zastąpiony niemal iden−
tyczną kostką X9C303 o większej liczbie kro−
ków regulacji (100 zamiast 32) oraz innej re−
zystancji (30k

Ω

zamiast 10k

Ω

).

Starsza liniowa kostka X9313 (32 stopnie)

jest wypierana przez nowsze 100−stopniowe ro−
dziny X9CMME, czyli X9C102, 103, 104, 503
(odpowiednio 1k

Ω

, 10k

Ω

, 100k

Ω

, 50k

Ω

). Co

istotne, liniowy układ X9312 przy zasilaniu po−
jedynczym napięciem +5V ma dopuszczany

41

Najsłynniejsze aplikacje

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Rys. 4 Układ z interfejsem 3−wire

Rys. 5 Rozkład wyprowadzeń

Tab. 3

zakres napięć na końcówkach potencjometru
(n. 3, 5, 6) równy 0....+15V, a nie ±5V, jak
wszystkie wcześniej wymienione. Jest to bar−
dzo pożyteczna właściwość w niektórych za−
stosowaniach; umożliwia na przykład sterowa−
nie

analogowym

procesorem

dźwięku

(LM1036, TDA1524), zasilanym napięciem
12V.

Kluczowe parametry

Generalnie wszystkie układy z interfejsem 3−

wire mogą być zasilane napięciem 4,5...5,5V.
Istnieją też wersje niskonapięciowe pracują−
ce przy napięciach zasilania 2,7...5,5V. Mają
one na końcu oznaczenia dodatkowe ozna−
czenie 2.7, na przykład X9317−2.7. Podsta−
wowe parametry zebrane są w tabeli 4.

Podany współczynnik temperaturowy

rezystancji, istotny przy zastosowaniach
2−końcówkowych (w roli rezystora regulo−
wanego wg rysunku 8) jest bardzo nieko−
rzystny − może wynosić ±300 a nawet
±600ppm/

o

C. Jednak przy zastosowaniach

3−końcówkowych (w roli potencjometru
dzielącego napięcie wg rysunku 9) stabil−
ność jest bardzo dobra i

wynosi

±20ppm/

o

C.

Przykłady wykorzystania

Niektóre przykłady zastosowania poten−

cjometrów elektronicznych (z dowolnym in−
terfejsem) pokazane są na rysunkach
10...19. Pochodzą one głównie z not aplika−
cyjnych AN−115, AN124 i AN−133. Wszyst−
kie te przykłady wskazują, że zakres zasto−
sowań potencjometrów cyfrowych jest
wręcz nieograniczony. Projektując własne

układy trzeba jednak zwracać uwagę na do−
puszczalny zakres napięć na końcówkach
potencjometru.

W nocie aplikacyjnej AN−51 można zna−

leźć schemat i opis układu cyfrowej regulacji
z pomocą mikroprocesora głośności, balansu
i barwy dźwięku z analogowym procesorem
LM1036 i jedną poczwórną kostką X9241,
sterowaną przez szynę I

2

C.

(red)

42

Najsłynniejsze aplikacje

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Rys. 6 Zalecany układ ręcznego stero−

wania

Tab. 4

Zalecany zakres temperatur pracy: 0...+70

o

C

Dopuszczalny zakres temperatur pracy: −65...+135

o

C

Prąd zasilania w stanie aktywnym: typ. 1mA max 3mA
Prąd zasilania w spoczynku: typ. 0,2mA max 0,5mA
Moc wydzielana we wszystkich rezystorach potencjo−
metru: do 10mW
Maksymalny prąd suwaka (wyprowadzenia VW): 1mA
Rezystancja suwaka (kluczy CMOS): typ 40

Ω

, max 100

Ω

Pojemności potencjometru (rysunek 7): 10...25pF
Tolerancja rezystancji: ±20%

Współczynnik temperaturowy rezystancji

±300...±600ppm/

o

C

Szumy potencjometry: −120dBV
Trwałość pamięci EEPROM: min 100000 cykli zapisu
Trwałość danych w pamięci: 100 lat

Ciąg dalszy ze strony 35

Kondensatory C1, C28− C30 filtrują napięcie zasilające układ. Do

gniazd Z1 i Z2 powinien być dołączony wyświetlacz, którego sche−
mat znajduje się na rysunku 2. Jak widać, bargrafy W1 – W8 zosta−
ły połączone w matrycę, która razem tworzy sieć 80 diod LED. Roz−
mieszczenie elementów na płytkach zostało pokazane narysunkach
3...5. Analizator został zmontowany na trzech dwustronnych płyt−
kach, złożonych w tzw. kanapkę. Można spróbować zmienić układ
LM3916 na LM3915 lub na liniowy LM3914 i sprawdzić wizualnie
działanie analizatora z takimi układami.

Marcin Wiązania

Rys. 2

Od Redakcji. Ten interesujący układ nie trafił do działu

E−2000 przede wszystkim ze względu na usterki w działaniu.
dwóch kanałów o najwyższych częstotliwościach.

43

Najsłynniejsze aplikacje

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Rys. 7 Szkodliwe pojemności

wewnętrzne

Rys. 8 Tryb −

zmienny

rezystor

Rys. 9 Tryb −

potencjometr

Rys. 12 Wzmacniacz nieodwracający

Rys. 19 Regulowany zasilacz

Rys. 10 Filtr pasmowy strojony

Rys. 13 Generator (1)

Rys. 11 Przesuwnik fazy

Rys. 15 Indukcyjność

Rys. 17 Mnożnik pojemności

Rys. 16 Generator (2)

Rys. 14 Przerzutnik Schmitta o zmien−

nej histerezie

Rys. 18 Układ polaryzacji

(zerowania)

38

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Interfejs 3−wire

Uproszczony schemat blokowy scalonego

potencjometru cyfrowego z interfejsem 3−wire
pokazany jest na rysunku 4. Rysunek 5 poka−
zuje rozkład wyprowadzeń wersji DIL oraz
standardowej SMD typu SO−8 (uwaga − je−
szcze mniejsze wersje SMD w obudowach
TSSOP i MSOP mają odmienny układ wypro−
wadzeń). Końcówki VH, VL, VW odpowia−
dają wyprowadzeniom zwykłego potencjome−
tru. Oznaczenia H (high − górny) oraz L (low −
dolny) są umowne i dotyczą sposobu sterowa−
nia; nie są natomiast związane z biegunowo−
ścią napięć na tych końcówkach (co oznacza,
że końcówka VL może mieć potencjał wyższy
niż VH).

Dostępne obecnie potencjometry XDCP

z interfejsem 3−wire są zamykane w jednako−
wych 8−nóżkowych obudowach, mają iden−
tyczny układ wyprowadzeń i są zasilane po−
jedynczym napięciem dodatnim względem
masy, czyli końcówki 4. Jednak dzięki zasto−
sowaniu wewnętrznego podwajacza napięcia
przy takim pojedynczym zasilaniu dopu−

szczalny zakres napięć na końcówkach VH,
VL, VW jest znacznie szerszy − zazwyczaj
±5V. Szczegóły zawarte są w tabeli 2 (patrz
część 1).

Zasada pracy interfejsu 3−wire jest bardzo

prosta. Wejście INC (increment) jest wej−
ściem sygnału taktującego, zmieniającego
położenie suwaka. Każde opadające zbocze
na tym wejściu powoduje przesunięcie suwa−
ka „o jedną pozycję“. Kierunek przesuwania
jest wyznaczony przez stan logiczny na wej−
ściu U/D (up/down). Jak wskazuje oznacze−
nie, stan wysoki na wejściu U/D powoduje
przesuwanie w górę, czyli w stronę końców−
ki VH, stan niski − w dół, w kierunku VL.
Podobnie jak w zwykłym potencjometrze
obrotowym, po osiągnięciu jednej ze skraj−
nych pozycji, suwak pozostaje w niej (a nie
przeskakuje na przeciwległą skrajną), co jest
istotną zaletą.

Końcówka \CS (Chip Select) jest wej−

ściem zezwalającym. Stan niski umożliwia
pracę, to znaczy pozwala zmieniać stan po−
tencjometru. W obecności napięcia zasilają−

cego, gdy wejście \CS ma stan wysoki, układ
scalony jest w stanie spoczynku, w którym
pobór prądu jest radykalnie zmniejszony,
przy czym sam potencjometr może normal−
nie pracować, a suwak pozostaje w ostatnio
osiągniętym położeniu. Oznacza to, że układ
może być „budzony” tylko na czas regulacji,
a potem w czasie pracy stale pozostawać
w spoczynku.

Co bardzo ważne, rosnące zbocze na wej−

ściu \CS, podczas gdy na wejściu INC jest
stan wysoki, powoduje zapisanie „położenia
suwaka” do wewnętrznej, nieulotnej pamięci
EEPROM przed przejściem w stan spoczyn−
kowy. Rosnące zbocze na \CS i obecność sta−
nu niskiego na INC powoduje przejście do
stanu spoczynku bez zapisania ostatniego po−
łożenia suwaka − w pamięci pozostanie jakieś
zapisane tam wcześniej położenie suwaka.

Takie właściwości umożliwiają wybór

funkcji potrzebnej w danym zastosowaniu: al−
bo po włączeniu napięcia zasilającego układ
suwak zawsze znajduje się w tej samej pozy−
cji, albo przywracana jest ostatnia pozycja
sprzed wyłączenia napięcia.

Właściwości wejść sterujących zebrane są

w tabeli 3. Choć podane właśnie zasady ste−
rowania mogą się wydać dość trudne,
w praktyce można wykorzystać prosty układ
do ręcznego sterowania, pokazany na rysun−
ku 6. Dodanie jednej popularnej kostki
CMOS 4093 i kilku elementów dyskretnych
pozwala sterować pracą układu za pomocą
dwóch przycisków (GÓRA, DÓŁ).

C

C

C

C

yy

yy

ff

ff

rr

rr

o

o

o

o

w

w

w

w

e

e

e

e

p

p

p

p

o

o

o

o

tt

tt

e

e

e

e

n

n

n

n

c

c

c

c

jj

jj

o

o

o

o

m

m

m

m

e

e

e

e

tt

tt

rr

rr

yy

yy

ff

ff

ii

ii

rr

rr

m

m

m

m

yy

yy

X

X

X

X

ii

ii

c

c

c

c

o

o

o

o

rr

rr

C

Cy

yffrro

ow

we

e p

po

otte

en

nc

cjjo

om

me

ettrry

y e

elle

ek

kttrro

on

niic

czzn

ne

e p

prro

od

du

uk

ko

ow

wa

an

ne

e s

są

ą o

ob

be

ec

cn

niie

e p

prrzze

ezz w

wiie

ellu

u w

wy

yttw

wó

órrc

có

ów

w.. N

Na

ajjb

ba

arrd

dzziie

ejj zzn

na

an

ne

e s

są

ą w

wy

yrro

ob

by

y ffiirrm

m D

Da

alllla

as

s ii X

Xiic

co

orr..

O

Os

so

ob

by

y,, k

kttó

órre

e p

po

o rra

azz p

piie

errw

ws

szzy

y m

ma

ajją

ą d

do

o c

czzy

yn

niie

en

niia

a zz o

offe

errttą

ą p

po

otte

en

nc

cjjo

om

me

ettrró

ów

w c

cy

yffrro

ow

wy

yc

ch

h ffiirrm

my

y X

Xiic

co

orr m

mo

og

gą

ą b

by

yć

ć p

prrzze

es

sttrra

as

szzo

on

ne

e zza

arró

ów

wn

no

o

m

mn

no

og

go

oś

śc

ciią

ą tty

yp

pó

ów

w,, jja

ak

k ii w

wy

ys

sttę

ęp

po

ow

wa

an

niie

em

m u

uk

kłła

ad

dó

ów

w,, k

kttó

órry

yc

ch

h ffu

un

nk

kc

cjje

e ii p

pa

arra

am

me

ettrry

y w

wy

yd

da

ajją

ą s

siię

ę jje

ed

dn

na

ak

ko

ow

we

e.. N

Niie

e ttrrzze

eb

ba

a s

siię

ę jje

ed

dn

na

ak

k n

niic

czze

eg

go

o b

ba

ać

ć

− w

wy

ys

sttę

ęp

pu

ujją

ąc

ca

a rró

óżżn

no

orro

od

dn

no

oś

ść

ć o

orra

azz w

wy

yc

co

offy

yw

wa

an

niie

e jje

ed

dn

ny

yc

ch

h,, a

a w

wp

prro

ow

wa

ad

dzza

an

niie

e iin

nn

ny

yc

ch

h tty

yp

pó

ów

w zzw

wiią

ązza

an

ne

e s

są

ą zz c

ciią

ąg

głły

ym

m p

po

os

sttę

ęp

pe

em

m..

W

W d

drru

ug

giim

m o

od

dc

ciin

nk

ku

u o

op

piis

sa

an

no

o s

szzc

czze

eg

gó

ółło

ow

wo

o iin

ntte

errffe

ejjs

s 3

3−w

wiirre

e ii p

po

od

da

an

no

o p

prrzzy

yk

kłła

ad

dy

y p

prra

ak

ktty

yc

czzn

ny

yc

ch

h zza

as

stto

os

so

ow

wa

ań

ń e

elle

ek

kttrro

on

niic

czzn

ny

yc

ch

h p

po

otte

en

nc

cjjo

om

me

ettrró

ów

w..

Najsłynniejsze

Najsłynniejsze

aplikacje

aplikacje

Rys. 4 Układ z interfejsem 3−wire

Rys. 5 Rozkład wyprowadzeń

Część 2

W stanie spoczynku, gdy żaden z przyci−

sków nie jest wciśnięty, na wejściach bramki
A występują stany wysokie, a na jej wyjściu
stan niski. Generator z bramką C nie pracuje.
Na wyjściu bramki B panuje stan wysoki.

Naciśnięcie któregokolwiek z przyci−

sków powoduje pojawienie się stanu wyso−
kiego na wyjściu bramki A. W pierwszej ko−
lejności przez diodę D1 szybko naładuje się
C1, bramka B zmieni stan i stan niski na
wejściu \CS (n.7) zezwoli na pracę kostki
U1. Po chwili wyznaczonej przez R4C2 zo−
stanie uruchomiony generator na bramce C.
Już pierwsze, krótkie naciśnięcie którego−
kolwiek przycisku spowoduje pojawienie
się ujemnego zbocza na wejściu INC (n. 1
U1) i skok suwaka o jedną pozycję. Gdy
przycisk będzie naciskany długo, pracujący
generator C będzie przesuwał suwak, aż ten

dojdzie do jednej z pozycji skrajnych i tam
się „zatrzyma”.

Po zwolnieniu przycisku, na wyjściu

bramki A pojawi się stan niski. Kondensa−
tor C2 szybko rozładuje się przez diodę
i unieruchomi generator C, wymuszając na
jego wyjściu i nóżce1 U1 stan wysoki. Po
krótkim czasie opóźnienia, wyznaczonym
przez R3C1, wyjście bramki powróci do

stanu wysokiego. Jak
podano wcześniej,
rosnące zbocze na
\CS w chwili, gdy
wejście INC jest
w stanie H powoduje
zapamiętanie położe−
nia suwaka w we−
wnętrznej, nieulotnej
pamięci EEPROM.
Oznacza to, że zapis
do pamięci wykony−
wany jest po każdym
naciśnięciu i zwol−
nieniu przycisku ste−
rującego.

Szybkość przesu−

wu suwaka przy cią−
głym naciskaniu moż−
na dobrać dowolnie,
zmieniając wartość

R5 w zakresie 10k...2,2M

Ω

.

Układ z rysunku 6 jest zalecany przez pro−

ducenta i nie powinien sprawić żadnych nie−
spodzianek. Oczywiście kostki z interfejsem
3−wire mogą też być sterowane przez mikro−
procesor. Wtedy linie INC oraz U/D będą
wspólne dla wielu kostek, natomiast koń−
cówki \CS umożliwią wybranie konkretnego
układu. Przy takim zastosowaniu, aby unik−
nąć niespodzianek, trzeba sprawdzić w kar−
cie katalogowej wymagania czasowe doty−
czące przebiegów sterujących. Warto rów−
nież zajrzeć do noty aplikacyjnej AN−92,
gdzie omówiono niebezpieczeństwo zmiany
stanu potencjometru tuż po włączeniu zasila−
nia, gdy wejście \CS nie jest w tym czasie
w stanie wysokim (nie jest podciągnięte re−
zystorem do plusa zasilania).

Wersje

Liczba dostępnych wersji podobnych ko−

stek z interfejsem 3−wire może przyprawić nie−

jednego Czytelnika o ból głowy. Jednak po
krótkiej analizie można bez trudu zrozumieć
różnice. Przede wszystkim należy pamiętać, że
wszystkie dostępne obecnie układy z tym inter−
fejsem mają identyczny rozkład wyprowadzeń.
Różnią się tylko ilością kroków regulacji (czyli
liczbą rezystorów), dopuszczalnymi zakresami
napięć zasilania i napięć na końcówkach poten−
cjometru oraz charakterystyką regulacji (linio−
wa / logarytmiczna). Starsze wersje wycofane
z oferty, obecne jeszcze na rynku, miały gorsze
niektóre parametry, na przykład pobierały wię−
cej prądu lub miały mniejszą liczbę rezystorów.

Na przykład układ X9314 nie jest już pro−

dukowany, bo został zastąpiony niemal iden−
tyczną kostką X9C303 o większej liczbie kro−
ków regulacji (100 zamiast 32) oraz innej re−
zystancji (30k

Ω

zamiast 10k

Ω

).

Starsza liniowa kostka X9313 (32 stop−

nie) jest wypierana przez nowsze 100−stop−
niowe rodziny X9CMME, czyli X9C102,
103, 104, 503 (odpowiednio 1k

Ω

, 10k

Ω

,

100k

Ω

, 50k

Ω

). Co istotne, liniowy układ

X9312 przy zasilaniu pojedynczym napię−
ciem +5V ma dopuszczany zakres napięć na
końcówkach potencjometru (n. 3, 5, 6) rów−
ny 0....+15V, a nie ±5V, jak wszystkie
wcześniej wymienione. Jest to bardzo po−
żyteczna właściwość w niektórych zastoso−
waniach; umożliwia na przykład sterowanie
analogowym

procesorem

dźwięku

(LM1036, TDA1524), zasilanym napię−
ciem 12V.

Kluczowe parametry

Generalnie wszystkie układy z interfej−

sem 3−wire mogą być zasilane napięciem
4,5...5,5V. Istnieją też wersje niskonapięcio−
we pracujące przy napięciach zasilania
2,7...5,5V. Mają one na końcu oznaczenia
dodatkowe oznaczenie 2.7, na przykład
X9317−2.7. Podstawowe parametry zebrane
są w tabeli 4.

Podany współczynnik temperaturowy re−

zystancji, istotny przy zastosowaniach

2−końcówkowych (w roli rezystora regulo−

wanego wg rysunku 8) jest bardzo niekorzy−
stny − może wynosić ±300 a nawet
±600ppm/

o

C. Jednak przy zastosowaniach

3−końcówkowych (w roli potencjometru

dzielącego napięcie wg rysunku 9) stabilność
jest bardzo dobra i wynosi ±20ppm/

o

C.

39

Najsłynniejsze aplikacje

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Tab. 3

Rys. 6 Zalecany układ ręcznego stero−

wania

Rys. 7 Przesuwnik fazy

Rys. 8 Przerzutnik Schmitta o zmien−

nej histerezie

Rys. 9 Układ polaryzacji

(zerowania)

Przykłady wyko−
rzystania

Niektóre przykłady zastoso−

wania potencjometrów elektro−
nicznych (z dowolnym interfej−
sem) pokazane są na rysunkach
10...19. Pochodzą one głównie
z not aplikacyjnych AN−115,
AN124 i AN−133. Wszystkie te
przykłady wskazują, że zakres
zastosowań potencjometrów cy−
frowych jest wręcz nieograni−
czony. Projektując własne ukła−
dy trzeba jednak zwracać uwagę
na dopuszczalny zakres napięć
na końcówkach potencjometru.

W nocie aplikacyjnej AN−51

można znaleźć schemat i opis
układu cyfrowej regulacji z po−
mocą mikroprocesora głośności,
balansu i barwy dźwięku z analo−
gowym procesorem LM1036
i jedną poczwórną kostką X9241,
sterowaną przez szynę I2C.

(red)

40

Najsłynniejsze aplikacje

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Zalecany zakres temperatur pracy:
0...+70

o

C

Dopuszczalny zakres temperatur pracy: −
65...+135

o

C

Prąd zasilania w stanie aktywnym: typ.
1mA max 3mA
Prąd zasilania w spoczynku: typ. 0,2mA
max 0,5mA
Moc wydzielana we wszystkich rezysto−
rach potencjometru: do 10mW
Maksymalny prąd suwaka (wyprowadze−
nia VW): 1mA
Rezystancja suwaka (kluczy CMOS):
typ 40

Ω

, max 100

Ω

Pojemności potencjometru (rysunek 7):
10...25pF
Tolerancja rezystancji: ±20%

Współczynnik temperaturowy rezystancji
±300...±600ppm/

o

C

Szumy potencjometry: −120dBV
Trwałość pamięci EEPROM: min 100000
cykli zapisu
Trwałość danych w pamięci: 100 lat

Rys. 10 Szkodliwe pojemności

wewnętrzne

Rys. 11 Tryb −

zmienny

rezystor

Rys. 12 Tryb −

potencjometr

Rys. 13 Wzmacniacz

nieodwracający

Rys. 14 Regulowany zasilacz

Rys. 17 Filtr pasmowy strojony

Rys. 18 Generator (2)

Rys. 16 Indukcyjność

Rys. 19 Mnożnik pojemności

Rys. 15 Generator (1)